家用微波爐內(nèi)磁控管的頻率會(huì)有波動(dòng),且難以測(cè)定。為考查微波頻率波動(dòng)對(duì)樣品溫度分布的影響,獲得更加精確的仿真結(jié)果,研究假設(shè)家用微波爐的頻率以2.45 GHz為中心波動(dòng),并對(duì)不同波動(dòng)范圍的頻率（2.44～2.46 GHz,2.43～2.47 GHz,2.41～2.49 GHz）與單個(gè)頻率（2.45 GHz）的基于有限元模型的仿真結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了比較分析。實(shí)驗(yàn)對(duì)象是放置于微波爐內(nèi)加熱60 s的土豆泥。對(duì)于不同的頻率范圍分布,每隔0.005 GHz計(jì)算一次電磁功率密度,并根據(jù)余弦分布對(duì)它們進(jìn)行加權(quán)平均,最后將電磁功率作為熱源加熱土豆泥。模擬結(jié)果分別與用熱成像儀和光纖熱電偶測(cè)定的土豆泥表面溫度分布和各部位瞬時(shí)溫度的實(shí)驗(yàn)值進(jìn)行比較。結(jié)果顯示頻率波動(dòng)范圍在2.44～2.46 GHz預(yù)測(cè)的溫度場(chǎng)與實(shí)驗(yàn)值有較好的一致性;而在2.41～2.49 GHz范圍內(nèi),溫度分布的均勻性最好。該模型也可為指導(dǎo)微波食品的開發(fā)提供理論依據(jù)。 

【文章來源】：微波學(xué)報(bào). 2020,36(05)北大核心CSCD

【文章頁數(shù)】：7 頁

【部分圖文】：

微波爐模型示意圖

由于現(xiàn)在的仿真軟件難以實(shí)現(xiàn)多頻率加熱的情況,因此本研究采用基于有限元的COMSOL Multiphysics 并結(jié)合MATLAB來實(shí)現(xiàn)。圖2描述了仿真策略的流程。整個(gè)過程是一個(gè)循環(huán),模擬開始時(shí),土豆泥的初始溫度是20 ℃。Liu等發(fā)現(xiàn)土豆泥的介電特性無需頻繁更新,因?yàn)樵诩訜徇^程中變化不大,對(duì)模型的精度影響不大[16]。Chen等假設(shè)土豆泥在10 s內(nèi)介電特性是固定的[27]�；谟�(jì)算時(shí)間和精度的考量,本研究假設(shè)3 s內(nèi)土豆泥的介電常數(shù)和熱物性是處于不變的,認(rèn)為是不干擾電場(chǎng)的分布。通過COMSOL計(jì)算不同頻率范圍的5個(gè)頻率點(diǎn)的功率密度,這里的頻率范圍選取了3個(gè),分別是2.44～2.46 GHz(每隔0.005 GHz選取一個(gè)頻率點(diǎn),共5個(gè)頻率點(diǎn));2.43～2.47 GHz(每隔0.005 GHz選取一個(gè)頻率點(diǎn),共9個(gè)頻率點(diǎn));2.41～2.49 GHz(每隔0.005 GHz選取一個(gè)頻率點(diǎn),共17個(gè)頻率點(diǎn)),其所占比重如圖3所示,3個(gè)頻率范圍均是以2.45 GHz為中心,0.1/0.05/0.025 GHz為半個(gè)周期的余弦分布,所占比重的和均歸一化為1。MATLAB將不同頻率下的功率密度進(jìn)行加權(quán)平均,再將求得的平均功率密度作為熱源加熱土豆泥,求得的溫度可以進(jìn)行輸出并且保存為文件作為下一次循環(huán)的初始溫度值,往復(fù)循環(huán),一直達(dá)到60 s的加熱,一共20次循環(huán)。

合適的網(wǎng)格劃分是保證精確和減少計(jì)算時(shí)間的保證,因此仿真時(shí)所用的網(wǎng)格尺寸不宜過大也不宜過細(xì)。文獻(xiàn)[16]報(bào)道在有限元分析中各個(gè)域的網(wǎng)格不超過1/6的波長(zhǎng)。本研究中,土豆泥的網(wǎng)格尺寸為 2～4 mm;玻璃的尺寸為6～10 mm;尼龍模具的尺寸為 8～15 mm;空氣的尺寸為:6～30 mm。網(wǎng)格采用的是自由四面體網(wǎng)格。1.4 模型參數(shù)的輸入以及樣品的制備

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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碩士論文
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本文編號(hào)：3419084